砌体结构PPT课件

第一节概述砌体结构是指由天然的或人工合成的石材、粘土、混凝土、工业废料等材料制成的块体和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水拌和而成的砂浆砌筑而成的墙、柱等作为建筑物主要受力构件的结构。由烧结普通砖、烧结多孔砖、蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖作为块体与砂浆砌筑而成的结构称为砖砌体结构。由天然毛石或经加工的料石与砂浆砌筑而成的结构称为石砌体结构。由普通混凝土、轻骨料混凝土等材料制成的空心砌块作为块体与砂浆砌筑而成的结构称为砌块砌体结构。根据需要在砌体的适当部位配置水平钢筋、竖向钢筋或钢筋网作为建筑物主要受力构件的结构则总称为配筋砌体结构。砖砌体结构、石砌体结构和砌块砌体结构以及配筋砌体结构统称砌体结构。砌体结构主要优点有：(1)材料来源广泛砌体结构所用的主要材料来源方便，易就地取材。天然石材易于开采加工；粘土、砂等几乎到处都有，且块材易于生产；利用工业固体废弃物生产的新型砌体材料既有利于节约天然资源，又有利于保护环境。(2)性能优良砌体结构比钢结构甚至较钢筋混凝土结构有更好的耐火性，且具有良好的保温、隔热性能，节能效果明显。(3)施工简单砌体结构施工操作简单快捷。一般新铺砌体上即可承受一定荷载，因而可以连续施工；在寒冷地区，必要时还可以用冻结法施工。(4)费用低廉砌体结构造价低。不仅比钢结构节约钢材，较钢筋混凝土结构可以节约水泥和钢材，而且砌筑砌体时不需模板及特殊的技术设备，可以节约木材。砌体结构缺点：(1)强度较低砂浆和块材间的粘结力较弱，使无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低，造成砌体抗震能力较差，有时需采用配筋砌体。(2)自重较大因为砖石砌体的抗弯、抗拉性能很差，强度较低，故必须采用较大截面尺寸的构件，致使其体积大，自重也大(在一般砖砌体结构居住建筑中，砖墙重约占建筑物总重的一半)，材料用量多，运输量也随之增加。因此，应加强轻质高强材料的研究，以减小截面尺寸并减轻自重。(3)劳动量大由于砌体结构工程多为小型块材经人工砌筑而成，砌筑工作相当繁重(在一般砖砌体结构居住建筑中，砌砖用工量占1/4以上)。因此在砌筑时，应充分利用各种机具来搬运块材和砂浆，以减轻劳动量；但目前的砌筑操作基本上还是采用手工方式，因此必须进一步推广砌块和墙板等工业化施工方法，以逐步克服这一缺点。现场的手工操作，不仅工期缓慢，而且施工质量得不到保证。应十分注意在设计时提出对块材和砂浆的质量要求，在施工时对块材和砂浆等材料质量以及砌体的砌筑质量进行严格的检查。(4)占用农田采用烧结普通粘土砖建造砌体结构，不仅毁坏大量的农田，严重影响农业生产，而且对环境造成污染。所以，应加强采用工业废料和地方性材料代替粘土实心砖的研究，以解决上述矛盾。现在我国一些大城市已禁止使用实心粘土砖。由于砖砌体质量的提高和计算理论的进一步发展，国内住宅、办公楼等5层或6层的房屋，采用以砖砌体承重的砌体结构非常普遍，不少城市已建到7层或8层。重庆市20世纪70年代建成了高达12层的以砌体承重的住宅。在国外有建成20层以上的砖墙承重房屋。对中、小型单层厂房和多层轻工业厂房以及影剧院、食堂、仓库等建筑，也较广泛地采用砌体作墙身或立柱的承重结构。此外砌体还用于建造各种构筑物，如烟囱、水池等。砌体结构的发展简史砌体结构在我国有着悠久的历史。在约6000年前，就已有木构架和木骨泥墙。公元前20世纪，有土夯实的城墙。公元前1783年～公元前1122年，已逐渐开始采用粘土做成的版筑墙。公元前1388年～公元前1122年，逐步采用晒干的土坯砌筑墙。公元前1134年至公元前771年已有烧制的瓦。公元前475年～公元前221年已有烧制的大尺寸空心砖。公元317年～558年已有实心砖的使用。石料也由最初的装饰浮雕、台基和制作栏杆，到后来用于砌筑建筑物。在国外，大约在8000年前已开始采用晒干的土坯。5000～6000年前左右经凿琢的天然石材已广泛使用；采用烧制的砖也有约3000年的历史。古代砌体结构的成就是辉煌的。享有悠久历史声誉的埃及胡夫金字塔，是现存世界最古老的石结构。系约公元前3000年埃及第三王朝第二个国王乔赛尔为自己所修建的陵墓，是一座用230余万块巨石砌垒起来的高146.6m的伟大建筑。中国是砌体大国，在历史上有举世闻名的万里长城，它是两千多万年前用“秦砖汉瓦”建造的世界上最伟大的砌体工程之一；有在春秋战国时期就已兴修水利，如今仍然起灌溉作用的秦代李冰父子修建的都江堰水利工程所示)；在1400年前由料石修建的现存河北赵县的安济桥，这是世界上最早的单孔敞肩式石拱桥，净跨为7.02m，宽约9m，为拱上开洞，既可节约石材，且可减轻洪水期的水压力，它无论在材料使用、结构受力、艺术造型和经济上，都达到了相当高的成就，该桥已被美国土木工程学会选入世界第12个土木工程里程碑。明代建造的南京灵谷寺无梁殿以砖拱为主体结构，室内空间为一大型砖拱，总长53.5m，总宽37.35m，纵横两个方向均为砖砌穹拱，无一根梁。河北定县开元寺塔(又称瞭敌塔)于公元1055年建成，是当时世界上最高的砌体结构。它高84.2m，共11层，平面为八边形，底部边长9.8m，采用砖砌双层筒体结构体系。20世纪以前，世界上最高的砌体结构办公用楼房是1891年在美国芝加哥建成的莫纳德·洛克大楼，它长62m，宽21m，高16层。但由于当时的技术条件限制，其底层承重墙厚1.8m；瑞士在50年代后期用抗压强度达60MPa、孔洞率为28%的多孔砖建成19层和24层高的塔式住宅建筑，砖墙仅380mm厚。第二节砌体材料及其砌体的力学性能１.砖我国目前用于砌体结构的砖主要可分为烧结砖和非烧结砖两大类。烧结砖可分为烧结普通砖与烧结多孔砖，一般是由粘土、煤矸石、页岩或粉煤灰等为主要原料，压制成土坯后经烧制而成。烧结普通砖重力密度在16～18kN／m3之间，具有较高的强度，良好的耐久性和保温隔热性能，且生产工艺简单，砌筑方便，故生产应用最为普遍，但因为占用和毁坏农田，在一些大中城市现已逐渐被禁止使用。一、砌体的块材烧结多孔砖是指孔洞率不小于25%，孔的尺寸小而数量多，多用于承重部位的砖。多孔砖分为P型砖与M型砖，以及相应的配砖。此外，用粘土、页岩、煤矸石等原料还可经焙烧成孔洞较大、孔洞率大于35%的烧结空心砖，多用于砌筑围护结构。一般烧结多孔砖重力密度在11～14kN／m3之间，而大孔空心砖重力密度则在9～11kN／m3之间。多孔砖与实心砖相比，可以减轻结构自重、节省砌筑砂浆、减少砌筑工时，此外其原料用量与耗能亦可相应减少。非烧结砖包括蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖。蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，简称粉煤灰砖。蒸压灰砂砖与蒸压粉煤灰砖的规格尺寸与烧结普通砖相同。砖的强度等级按试验实测值来进行划分。烧结普通砖、烧结多孔砖的强度等级有MU30、MU25、MU20、MUl5和MUl0，其中MU表示砌体中的块体(MasonryUnit)，其后数字表示块体的抗压强度值，单位为MPa。烧结普通砖强度等级指标(MPa)烧结多孔砖强度等级指标２.砌块砌块一般指混凝土空心砌块、加气混凝土砌块及硅酸盐实心砌块。此外还有用粘土、煤矸石等为原料，经焙烧而制成的烧结空心砌块。砌块按尺寸大小可分为小型、中型和大型三种，我国通常把砌块高度为180～350mm的称为小型砌块，高度为360～900mm的称为中型砌块，高度大于900mm的称为大型砌块。我国目前在承重墙体材料中使用最为普遍的是混凝土小型空心砌块，它是由普通混凝土或轻集料混凝土制成，主要规格尺寸为390mm×190mm×190mm，空心率一般在25%～50%之间，一般简称为混凝土砌块或砌块。混凝土空心砌块的重力密度一般在在12～18kN／m3之间。采用较大尺寸的砌块代替小块砖砌筑砌体，可减轻劳动量并可加快施工进度，是墙体材料改革的一个重要方向。加气混凝土砌块由加气混凝土和泡沫混凝土制成，其重力密度一般在4～6kN／m3之间。由于自重轻，加工方便，故可按使用要求制成各种尺寸，且可在工地进行切锯，因此广泛应用于工业与民用建筑的围护结构。混凝土空心砌块的强度等级是根据标准试验方法，按毛截面面积计算的极限抗压强度值来划分的。混凝土小型空心砌块的强度等级为MU20、MUl5、MUl0、MU7.5和MU5五个等级。砌块砌体也应分皮错缝搭接。排列砌块是设计工作中的一个重要环节，要求砌块类型最少，排列规律整齐，避免竖向通缝。排列空心砌块时还应做到对孔，对齐上下皮砌块的肋部，以利于传递荷载。３.石材天然建筑石材重力密度多大于18kN／m3，并具有很高的抗压强度，良好的耐磨性、耐久性和耐水性，表面经加工后具有较好的装饰性，可在各种工程中用于承重和装饰，且其资源分布较广，蕴藏量丰富，是所有块体材料中应用历史最为悠久、最为广泛的土木工程材料之一。砌体中的石材应选用无明显风化的石材。因石材的大小和规格不一，通常由边长为70mm的立方体试块进行抗压试验，取3个试块破坏强度的平均值作为确定石材强度等级的依据。石材的强度等级划分为MUl00、MU80、MU60、MUS0、MU40、MU30和MU20。二、砌体的砂浆将砖、石、砌块等块体材料粘结成砌体的砂浆即砌筑砂浆，它由胶结料、细集料和水配制而成，为改善其性能，常在其中添加掺入料和外加剂。砂浆的作用是将砌体中的单个块体连成整体，并抹平块体表面，从而促使其表面均匀受力，同时填满块体间的缝隙，减少砌体的透气性，提高砌体的保温性能和抗冻性能。砂浆按胶结料成分不同可分为水泥砂浆、混合砂浆以及不含水泥的石灰砂浆。水泥砂浆是由水泥、砂和水按一定配合比拌制而成，混合砂浆是在水泥砂浆中加入一定量的熟化石灰膏拌制成的砂浆，而石灰砂浆是用石灰与砂和水按一定配合比拌制而成的砂浆。工程上常用的砂浆为水泥砂浆和混合砂浆，临时性砌体结构砌筑时多采用石灰砂浆。对于混凝土小型空心砌块砌体，应采用由胶结料、细集料、水及根据需要掺入的掺合料及外加剂等组分，按照一定比例，采用机械搅拌的专门用于砌筑混凝土砌块的砌筑砂浆。砂浆的强度等级是根据其试块的抗压强度确定，试验时应采用同类块体为砂浆试块底模，由边长为70.7mm的立方体标准试块，在温度为15～25℃环境下硬化、龄期28d的抗压强度来确定。砌筑砂浆的强度等级为M15、M10、M7、M5和M2.5。其中M表示砂浆(Mortar)，其后数字表示砂浆的强度大小(单位为MPa)。混凝土小型空心砌块砌筑砂浆的强度等级用Mb标记(b表示block)，以区别于其他砌筑砂浆，其强度等级有Mb30、Mb25、Mb20、Mb15、Mb10、Mb7.5和Mb5，其后数字同样表示砂浆的强度大小(单位为MPa)。当验算施工阶段砂浆尚未硬化的新砌体强度时，可按砂浆强度为零来确定其砌体强度。对于砌体所用砂浆，总的要求是：砂浆应具有足够的强度，以保证砌体结构物的强度；砂浆应具有适当的保水性，以保证砂浆硬化所需要的水分；砂浆应具有一定的可塑性，即和易性应良好，以便于砌筑，提高工效，保证质量和提高砌体强度。三、对砌体材料的耐久性要求对于具体的设计，砌体材料的选择应遵循如下原则:对于地面以下或防潮层以下的砌体所用材料，应提出最低强度要求，对于潮湿房间所用材料的最低强度等级要求见表；对于五层及五层以上房屋的墙，以及受振动或层高大于6m的墙、柱所用材料的最低强度等级：砖MU10、砌块MU30、砌筑砂浆M5；对于安全等级为一级或设计使用年限大于50年的房屋，墙、柱所用材料的最低强度等级，还应比上述规定至少提高一级。地面以下或防潮层以下的砌体、潮湿房间墙体所用材料的最低强度等级四、砌体的种类砌体可按照所用材料、砌法以及在结构中所起作用等方面的不同进行分类。按照所用材料不同砌体可分为砖砌体、砌块砌体及石砌体。1.砖砌体由砖和砂浆砌筑而成的整体材料称为砖砌体。在房屋建筑中，砖砌体常用作一般单层和多层工业与民用建筑的内外墙、柱、基础等承重结构以及多高层建筑的围护墙与隔墙等自承重结构等。实心砖砌